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DNA 机器人车队在血液里“送货”,有望精准投药、动肿瘤手术

[日期:2017-09-20] 来源: TechNews  作者: [字体: ]

【Technews科技新报】如果有一个机器人可帮你全方位打扫居家环境,扫地、拖地、洗碗、洗衣服样样精通,听起来很厉害,但现在有一个更科幻的情节已经出现在现实中了,就是加州理工学院科学家开发的 DNA 机器人车队,它们可以前往人类不能去的地方,在血液中进行货物分拣,执行复杂的纳米力学任务,比如将药物送到目标细胞、或更高竿的对肿瘤进行小规模手术。

这些可爱的纳米微型机器人是由单链 DNA 内的核苷酸构建而成,只是被研究人员利用巧思设计出有身体、负责提货的手和手臂,以及用来前行的脚,虽然它们走起路来可能像一条醉酒的蚯蚓。研究人员说,“DNA 机器人只是一条单股分子,就像软盘一样,没有什么其他额外东西。”

DNA 是一种长链聚合物,组成单位称为核苷酸,而醣类与磷酸借由酯键相连,组成其长链骨架,每个糖单位都与四种硷基腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)的其中一种相接。硷基之间有互补配对原则,一个 DNA 链上的 A 和另一个 DNA 上的 T 结合、G 与 C 结合,纳米机器人移动的原理就是如此,透过硷基的连接、分开、连接、分开,一步一步往目的地走去,虽然它跨出一个步伐需要 5 分钟、每个步伐只有 6 纳米,约人类步伐的十亿分之一。

团队为这些小司机设计一个长宽各 58 纳米的 DNA 测试场地,上面有一条条单链 DNA,研究人员称为“桩”,由于机器人的脚也是单链 DNA,两者相遇时可以互补配对,纠缠在一起。于是我们可以看到机器人的左脚和某条桩绑定时,右脚正在空中自由飘动,等右脚遇到附近可以配对的桩时再“黏”上去,左脚离开旧东家,机器人因此被拉到新的桩上,依循这种前进方式,机器人朝随机方向移动。

▲ 研究团队设计的 DNA 测试场地。(Source:Demin Liu/加州理工学院)

测试场地还有两种不同萤光色的分子“货物”及货物的卸货点,DNA 机器人被编码要一直走到遇见客户的货,拿起它后再走向正确卸货区。实验结果显示,机器人在一天内成功将 6 个分散各地的分子货物送到正确的下货点,研究人员接着投入更多机器人测试它们是否会分工合作,发现任务完成所需时间从一天缩短到只要几小时。

虽然这项研究还处在基本工程原理,也不是针对特定用途而设计,却是未来纳米科技发展的关键,似乎已让医界看见激励人心的应用面。研究合作作者 Lulu Qian 表示,这些机器人要送货(药物)或是回收垃圾(坏分子)都可以。

澳洲蒙纳许大学的纳米生物学研究员 Wenlong Cheng 则说,“人类的肿瘤搞不好也可以交给这些小型机器人解决,它们可以前往肿瘤处进行一场小规模手术。”这项研究 15 日已发布在《科学》期刊。

  • Sorting Molecules with DNA Robots

  • Scientists build ‘DNA robots’ that transport molecular cargo using ‘arms’ and ‘feet’

(首图来源: pixabay)

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